KR20220124657A - 시뮬레이션용 인체 모형을 3d 프린터로 출력할 수 있도록 하는 필라멘트 제조방법 및 그로써 제조된 필라멘트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 치료목적의 의료분야 또는 가상의 인체실험에 사용되는 인체 모형 즉, 바이오 클론 더미(bio Clone dummy)를 인체의 골격과 피부조직에 유사하도록 3D프린터로 출력할 수 있도록 함으로써 최상의 실험결과치를 얻을 수 있도록 해주는 시뮬레이션용 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하는 필라멘트 제조방법 및 그로써 제조된 필라멘트에 관한 것으로,
인체 모형의 피부 조직을 출력할 수 있는 3D 프린터용 필라멘트를 제조하는 것과, 인체 모형의 뼈를 출력할 수 있는 3D 프린터용 필라멘트 제조하는 것을 포함하여 구성되되, 상기 피부 조직용 필라멘트는 폐기되는 EVA를 스크랩하여 1 내지 10mm 크기로 분쇄한 EVA 칩(chip) 17 내지 22 중량%와, 열가소성 폴리우레탄(TPU, thermoplastic polyurethane) 77 내지 82 중량%와, 살색 안료 0.5 내지 1.5 중량%를 전용 건조기에 투입하여 58 내지 62℃에서 25 내지 35분 동안 배합을 하면서 건조를 시키는 배합/건조를 하고, 상기 배합/건조과정에서 수득한 칩(chip)을 압출기에 투입하여 용융 압출 및 냉각, 와인딩 후 필라멘트를 300M(1 롤) 규격으로 권취하여 제조하는 것으로 이루어지며,
상기 뼈를 출력할 수 있는 필라멘트는 다양한 비중의 뼈로 출력될 수 있도록 의료용 황산바륨(MBaSO4) 1 내지 20 중량%와, PBAT 수지 38 내지 42 중량%와, PLA 수지 40 내지 60 중량%를 전용 건조기에 투입하여 48 내지 52℃에서 25 내지 35분 동안 배합을 하면서 건조를 시키는 배합/건조를 하고, 상기 배합/건조과정에서 수득한 칩(chip)을 압출기에 투입하여 용융 압출 및 냉각, 와인딩 후 필라멘트를 300M(1 롤) 규격으로 권취 하여 제조된다.

Description

시뮬레이션용 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하는 필라멘트 제조방법 및 그로써 제조된 필라멘트{Filament manufacturing method for outputting human body model for simulation with 3D printer and filament manufactured by the same}
본 발명은 시뮬레이션용 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하는 필라멘트 제조방법 및 그로써 제조된 필라멘트에 관한 것으로 더욱 상세히는 치료목적의 의료분야 또는 가상의 인체실험에 사용되는 인체 모형 즉, 바이오 클론 더미(bio Clone dummy)를 인체의 골격과 피부조직에 유사하도록 3D프린터로 출력할 수 있도록 함으로써 최상의 실험결과치를 얻을 수 있도록 해주는 시뮬레이션용 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하는 필라멘트 제조방법 및 그로써 제조된 필라멘트에 관한 것이다.
일반적으로 3차원 입체 형상을 가진 시제품을 제작하기 위해서는 도면에 의존하여 수작업에 의해 이루어지는 목재 모형 제작 방식과 CNC 공작 기계에 의한 제작 방법 등이 알려 있으며, 목재를 이용한 모형 제작 방식은 수작업에 의존하기 때문에 정교한 수치제어가 어렵고 많은 시간이 소요되는 단점이 있고 CNC 공작 기계에 의한 제작 방법은 정교한 수치제어가 가능하지만 내부 공간을 구비하는 입체형 제품은 공구가 진입을 할 수 없기 때문에 제작(가공) 자체가 불가능하였다.
최근에는 이러한 문제점을 개선하여 제품의 디자이너 및 설계자가 CAD나 CAM을 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성하고, 생성한 데이터를 이용하여 3차원 입체 형상의 시제품을 제작하는 이른바 3차원 프린팅 방법이 등장하게 되었으며, 이러한 3D 프린터를 산업, 생활, 의학 등 다양한 분야에서 활용되는 등 급성장하고 있다.
상기 3D 프린터는 3차원 형상의 물체를 성형하는 장치로서 입체 재료에 레이저 광선을 주사하여 원하는 형태로 물체를 성형하는 광주사 방식 3D 프린터, 입체 재료를 절삭하여 물체를 성형하는 절삭 방식 3D 프린터, 선(thread) 형태의 합성수지 필라멘트와 같은 열가소성 재료를 용융시켜 원하는 형태로 적층 하는 용융 방식(Fused Deposition Modeling(FDM) 또는 Fused Filament Fabrication(FFF)) 3D 프린터 등이 있다.
특히, 용융 방식(FDM) 3D 프린터는 설비비 및 물체의 성형 비용이 상대적으로 저렴하므로, 제품을 상업적으로 대량 생산하는 기업뿐 아니라, 취미, 연구 또는 개인용으로 소량의 제품을 제조하는 학교, 가정, 연구실 등으로도 널리 보급 및 그 응용범위가 확대되어가고 있는 추세에 있으며, 익스트루더(Extruder)에서 열가소성 재료를 용융 토출하여 입체적인 구조물을 출력하는 것이다.
상기 용융 방식 3D 프린터에서 물체의 성형 원료로 사용되는 필라멘트는 폴리 유산(poly lactic acid, PLA) 수지 등의 열가소성 수지로 이루어지며, 원료 공급 및 용융의 편의성을 위하여 수 내지 수십 미터(meter) 길이의 선(thread)의 형태로 제조되어 운반, 보관 및 사용에 용이하도록 나선 또는 권취 된 코일 형태로 공급된다.
이러한 3D 프린터용 필라멘트는 합성수지 칩(chip)을 용융시킨 후, 평균 직경은 1.75±0.05mm로 관리되어 스트랜드(strand) 형태로 압출 제조되는바, 익스트루더(Extruder)에서 필라멘트를 토출 재료로 이용하면 재료의 균일한 공급 및 토출, 그리고 리트랙션(retraction : 익스트루더의 스크루를 역회전시켜 재료를 노즐로부터 회수하는 것)이 가능하다.
따라서, 필라멘트를 용융 토출 재료로 익스트루더에서 사용하면 다양한 형태의 제품을 출력할 수 있어 여러 분야에서 그 활용 폭이 확대되고 있으며, 구체적으로 간단한 목업 제작에서부터 건축, 금속가공 등 그 분야와 영역을 넓혀 나아가고 있다.
뿐 아니라, 최근 3D프린터는 인공 피부에서 치과용 임플란트, 투명교정기, 인공관절, 시험용 인체 모형 등 의료와 다양한 산업 분야가 그 대상이 되고 있으며, 상기 인공 관절 및 인체를 그대로 복제한 시험용 인체 모형 즉, 바이오 클론 더미(bio Clone dummy)는 실제 인체 골격과 뼈의 내부 구조 및 특성과 유사 또는 동일 수준의 제품이 요구되고 있다.
적어도 동일 내지 유사한 수준이 되는 경우일 때 환자의 수술 성공률을 높일 수 있음은 물론, 인체 모형을 활용한 차량, 헬기, 탑승용 드론과 같은 다양한 이동수단의 충돌시험 시 실제 사고에 따른 충격이 인체에 미치는 영향력을 종래보다 정확하게 시험할 수 있다.
그러나 종래 각종 검사용으로 사용된 인체 모형은 실제 인체에 비해 무게가 2 내지 4배 이상 무겁고, 실제 인체 특성과 다른 모형을 사용하고 있어 인체 모형을 사용한 시험환경이 실제 사고 시의 환경과 상당한 차이가 있어 실제 사고 시 발생 되는 탑승자의 인체에 미치는 상태변화를 정확하게 측정하는 데 한계가 있다.
특히, 종래 인체 모형은 단순히 센서에서 입력되는 충격강도만을 측정하여 판별하므로 실제 사고 시 환자의 골절상태 등에 따른 인체에 미치는 영향력을 정확하게 알기 어려운 문제가 있었으며, 본원 출원인이 특허 출원한 제10-2020-0108383호(발명의 명칭 : 실제 인체와 유사한 골격을 포함한 시뮬레이션용 인체 더비의 3D 프린팅 방법)에서는 상기와 같은 인체 모형을 3D 프린터로 출력하는 방법에 관한 기술이 기재되어 있으나, 인체의 특성에 유사한 인체 모형을 출력하기 위해서는 소재가 되는 필라멘트의 개발이 시급한 과제였다.
1. 특허등록 제10-1451794호(발명의 명칭 : 복합 3D 프린터 및 그 제어방법) 2. 특허등록 제10-2185955호(발명의 명칭 : 3D 프린팅을 이용한 입체 형상물의 제조 방법) 3. 특허 출원 제10-2020-0108383호(발명의 명칭 : 실제 인체와 유사한 골격을 포함한 시뮬레이션용 인체 더비의 3D 프린팅 방법)
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점의 인식과 그 해결책을 제시하기 위해 안출한 것으로 뼈와 피부 조직을 포함한 실제의 인체와 동일 내지 유사한 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하여 의료업을 포함한 각종 산업분야에서 시뮬레이션용 인체 모형으로 활용되도록 하되, 종전보다 정확한 결과치를 얻을 수 있는 시뮬레이션용 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하는 필라멘트 제조방법 및 그로써 제조된 필라멘트를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 폐기되는 EVA(에틸렌초산비닐 공중합체, ethylene-vinyl acetate copolymer) 소재를 재활용함으로써 자원절약과 환경오염을 방지함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 시뮬레이션용 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하는 필라멘트 제조방법은 인체 모형의 피부 조직을 출력할 수 있는 3D 프린터용 필라멘트를 제조하는 것과, 인체 모형의 뼈를 출력할 수 있는 3D 프린터용 필라멘트 제조하는 것을 포함하여 구성되되, 상기 피부 조직용 필라멘트는 폐기되는 EVA를 스크랩하여 1 내지 10mm 크기로 분쇄한 EVA 칩(chip) 17 내지 22 중량%와, 열가소성 폴리우레탄(TPU, thermoplastic polyurethane) 77 내지 82 중량%와, 살색 안료 0.5 내지 1.5 중량%를 전용 건조기에 투입하여 58 내지 62℃에서 25 내지 35분 동안 배합을 하면서 건조를 시키는 배합/건조를 하고, 상기 배합/건조과정에서 수득한 칩(chip)을 압출기에 투입하여 용융 압출 및 냉각, 와인딩 후 필라멘트를 300M(1 롤) 규격으로 권취하여 제조하는 것으로 이루어지며,
상기 뼈를 출력할 수 있는 필라멘트는 다양한 비중의 뼈로 출력될 수 있도록 의료용 황산바륨(MBaSO4) 1 내지 20 중량%와, PBAT 수지 38 내지 42 중량%와, PLA 수지 40 내지 60 중량%를 전용 건조기에 투입하여 48 내지 52℃에서 25 내지 35분 동안 배합을 하면서 건조를 시키는 배합/건조를 하고, 상기 배합/건조과정에서 수득한 칩(chip)을 압출기에 투입하여 용융 압출 및 냉각, 와인딩 후 필라멘트를 300M(1 롤) 규격으로 권취 하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 피부 조직용 필라멘트를 제조하는 과정에서 사용되는 압출기의 용융 온도는 190 내지 220℃ 조건에서 용융 후 압출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 뼈를 출력할 수 있는 필라멘트를 제조하는 과정에서 사용되는 압출기의 용융온도는 190 내지 215℃ 조건에서 용융 후 압출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 뼈를 출력할 수 있는 필라멘트를 제조하는 과정에서 뼈의 비중이 1.17이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 1중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 59 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.21이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 2 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 58 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.28이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 3 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 57 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.30이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 4 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 56 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.35가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 5 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 55 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.42가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 6 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 54 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.45가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 7 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 53 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.53이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 8 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 52 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.55가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 9 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 51 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.59가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 10 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 50 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.64가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 11 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 49 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.70이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 12 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 48 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.77이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 13 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 47 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.78이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 14 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 46 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.81이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 15 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 45 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.89가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 16 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 44 중량%로 배합되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본원 발명의 시뮬레이션용 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하는 필라멘트 제조방법 및 그로써 제조된 필라멘트는 뼈와 피부 조직을 포함한 실제의 인체와 동일 내지 유사한 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하기 때문에 의료업을 포함한 각종 산업분야에서 시뮬레이션용 인체 모형으로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 종전에 비해 정확한 결과치를 얻을 수 있음은 물론, 폐기되는 EVA 수지를 재활용함으로써 자원절약과 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예의 골격 부위별 밀도 차이에 관한 설명을 보조하기 위한 주요관절 부위별 명칭을 도시한 예시도
도 2는 본 발명의 일 실시 예의 뼈 내부 구조에 관한 설명을 보조하기 위한 주요 뼈 내부 구조를 도시한 예시도
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시 예를 도시한 제조 공정 블록 구성도
이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시 예에 따라 본 발명에서 제공하는 시뮬레이션용 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하는 필라멘트 제조방법 및 그로써 제조된 필라멘트를 설명하면 하기와 같다.
먼저, 본 발명에서 제공하는 시뮬레이션용 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하는 필라멘트 제조방법은 인체 모형의 피부 조직을 출력할 수 있는 3D 프린터용 필라멘트를 제조하는 것과, 인체 모형의 뼈를 출력할 수 있는 3D 프린터용 필라멘트 제조하는 것을 포함하여 구성된다.
상기 피부 조직용으로 사용되는 필라멘트는 폐기되는 EVA를 스크랩하여 1 내지 10mm 크기로 분쇄한 EVA 칩(chip) 17 내지 22 중량%와, 열가소성 폴리우레탄(TPU, thermoplastic polyurethane)수지 77 내지 82 중량%와, 살색 안료 0.5 내지 1.5 중량%를 전용 건조기에 투입하여 58 내지 62℃에서 25 내지 35분 동안 배합을 하면서 건조를 시킨다.
상기 배합/건조과정에서 수득한 칩(chip)을 압출기에 투입하여 용융 압출 및 냉각, 와인딩 후 필라멘트를 300M(1 롤) 규격으로 권취하여 피부 조직용으로 사용되는 필라멘트가 제조된다.
또한, 뼈를 출력할 수 있는 필라멘트는 다양한 비중의 뼈로 출력될 수 있도록 의료용 황산바륨(MBaSO4) 1 내지 20 중량%와, PBAT 수지 38 내지 42 중량%와, PLA 수지 40 내지 60 중량%를 전용 건조기에 투입하여 48 내지 52℃에서 25 내지 35분 동안 배합을 하면서 건조를 시키는 배합/건조를 하고, 상기 배합/건조과정에서 수득한 칩(chip)을 압출기에 투입하여 용융 압출 및 냉각, 와인딩 후 필라멘트를 300M(1 롤) 규격으로 권취 하여 뼈를 출력할 수 있는 필라멘트가 제조된다.
이때 상기 피부 조직용 필라멘트를 제조하는 과정에서 사용되는 압출기의 용융 온도는 재생 EVA 수지가 사용되기 때문에 190 내지 220℃ 조건에서 최적의 용융상태를 제공받을 수 있으며, 뼈를 출력할 수 있는 필라멘트를 제조하는 과정에서 사용되는 압출기의 용융온도는 190 내지 215℃ 조건에서 용융 후 압출된다.
상기 의료용 황산바륨은 3D 프린터로 출력된 인체 모형에 대한 CT 촬영시 금속 성분이 남아 있지 않아 정확한 촬영이 용이한 것으로 일반 산업용 황산바륨을 사용할 경우 금속 성분이 CT촬영을 방해하여 정확한 촬영이 어렵다.
또한, 뼈를 출력할 수 있는 필라멘트를 제조하는 과정에서 뼈의 비중이 1.17이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 1중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 59 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.21이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 2 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 58 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.28이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 3 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 57 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.30이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 4 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 56 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.35가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 5 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 55 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.42가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 6 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 54 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.45가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 7 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 53 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.53이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 8 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 52 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.55가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 9 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 51 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.59가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 10 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 50 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.64가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 11 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 49 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.70이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 12 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 48 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.77이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 13 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 47 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.78이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 14 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 46 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.81이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 15 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 45 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.89가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 16 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 44 중량%로 배합된다.
상기 PLA 수지는 3D 프린트용 필라멘트에서 일반적으로 사용하는 옥수수 전분이 주원료인 친환경 소재이며, PBAT(Poly-Butylene Adipate Terephthalate)는 일정 조건에서 물과 이산화탄소로 완전히 자연분해되는 썩는 플라스틱인 생분해성 플라스틱을 일컫는 것으로 땅속에 묻게 되면 연구실 같은 최적의 조건에서는 6개월 이내에 완전분해되며, 일반적인 조건에서는 통상 2 ~ 3년 이내에 생분해된다.
또한, 상기 황산바륨은 CT 조영제 역할을 할 수 있으며 황산바륨 자체의 비중이 4.5 정도가 되기 때문에 필라멘트 제조시 첨가를 하면 비중을 높이는 등의 비중을 조절할 수 있다.
상기 열가소성 폴리우레탄(TPU, thermoplastic polyurethane)재질의 필라멘트 소재는 경도가 60 내지 75 수준이 되기 때문에 피와 피부 등을 출력할 수 있으며, 출력 성형시에는 부드러운 촉감을 갖는 인체 모형의 피부 조직을 출력할 수 있다.
상기 EVA 수지는 기존 신발을 만드는 공정에서 필요한 부분을 사용하고 나머지 잘린 부분이 스크랩(EVA 소재) 형태로 버려지는데 본원 발명은 이를 재생하여 다시 신발을 만드는 공정으로 적용하거나 3D 프린트용 필라멘트로 재사용하는 것으로, 자원 절약과 환경오염을 방지할 수 있음은 물론, 무엇보다 인체의 피부 조직과 동일 내지 유사한 수준의 인체 모형 피부 조직을 출력할 수 있다.
한편, 인체의 뼈는 총 206개로 구성되어 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 인체의 뼈는 뼈의 밀도에 차이에 따라 크게 두개골, 턱관절, 견관절, 늑골, 주관절, 고관절, 대퇴골로 7개의 골격 파트로 크게 나누어질 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 인체 뼈의 내부 구조별 요소는 크게 인체 뼈의 내부 구조는 크게 관절과 관절 사이를 이어주는 연골과 뼈의 표면을 덮는 밀도가 높은 골막과 골 내부의 연성의 골 스펀지로 이루어져 있다. 실제 뼈와 동일한 수준의 뼈 시뮬레이터를 3D프린터로 출력하기 위해서는 위에서 설명한 연골, 골막, 골 스펀지 3가지의 소재로 구성되어야 한다,
상기 특성을 갖는 인체 모형, 이른바 바이오 클론 더미(bio Clone dummy)는 인체 골격 및 조직과 유사 또는 동일 수준의 복제품으로써, 치료목적의 의료 분야에서 이동수단의 탑승자 안전성 실험, 가상의 인체실험 등의 연구 분야에 다양하게 활용될 수 있는 인체 복제품을 의미한다.
이러한 인체 모형은 실제 뼈와 동일한 수준의 인체 뼈 또는 골격을 3D프린터로 출력하여, 골절, 연골질환 등 다양한 뼈 질환 환자의 인공 뼈를 제작하여 치료하거나, 실제 수술 단계에서 수술의 정확도와 성공률을 높이기 위해 실제 뼈 수술 이전에 해당 환자의 인체 뼈 및 골격과 같은 뼈 복제품을 사용하여 실제와 유사한 수준의 가상 수술환경에서 수술 시뮬레이션을 진행하거나, 차량, 헬기, 탑승용 드론과 같은 다양한 이동수단의 충돌시험과 같이 다양한 사고상황별 시나리오에 따라 실제 사고에 따른 충격이 인체에 미치는 영향력을 검사할 수 있음과 동시에 데이터를 축적할 수 있다.
상기와 같은 검사 과정에서 보다 정확한 데이터를 확보하기 위해서는 무엇보다 인체 모형이 인체와 동일 내지 유사하여야 하는데 본원 발명에서 제공하는 뼈를 출력하기 위한 필라멘트와, 피부 조직을 출력할 수 있는 필라멘트에 의해 가능하게 되는 것이다.
특히, 인체의 두개골, 턱관절, 견관절, 늑골, 주관절, 고관절, 대퇴골로 7개의 골격 파트의 강도가 각각 다르기 때문에 본원 발명에서는 필라멘트의 비중을 다르게 제조하여 각각의 밀도와 비중에 알맞은 필라멘트를 선택하여 출력할 수 있는바, 예를 들어 상대적으로 강성을 띄는 두개골의 경우 황산바륨(MBaSO4)의 중량%는 증가시키고, PLA 수지의 중량%는 하락시켜 뼈 비중이 1.78 내지 1.89가 범위가 되도록 제조할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구성 요소의 부가, 변경 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
없음.

Claims (5)

  1. 인체 모형의 피부 조직을 출력할 수 있는 3D 프린터용 필라멘트를 제조하는 것과, 인체 모형의 뼈를 출력할 수 있는 3D 프린터용 필라멘트 제조하는 것을 포함하여 구성되되, 상기 피부 조직용 필라멘트는 폐기되는 EVA를 스크랩하여 1 내지 10mm 크기로 분쇄한 EVA 칩(chip) 17 내지 22 중량%와, 열가소성 폴리우레탄(TPU, thermoplastic polyurethane) 77 내지 82 중량%와, 살색 안료 0.5 내지 1.5 중량%를 전용 건조기에 투입하여 58 내지 62℃에서 25 내지 35분 동안 배합을 하면서 건조를 시키는 배합/건조를 하고, 상기 배합/건조과정에서 수득한 칩(chip)을 압출기에 투입하여 용융 압출 및 냉각, 와인딩 후 필라멘트를 300M(1 롤) 규격으로 권취하여 제조하는 것으로 이루어지며,
    상기 뼈를 출력할 수 있는 필라멘트는 다양한 비중의 뼈로 출력될 수 있도록 의료용 황산바륨(MBaSO4) 1 내지 20 중량%와, PBAT 수지 38 내지 42 중량%와, PLA 수지 40 내지 60 중량%를 전용 건조기에 투입하여 48 내지 52℃에서 25 내지 35분 동안 배합을 하면서 건조를 시키는 배합/건조를 하고, 상기 배합/건조과정에서 수득한 칩(chip)을 압출기에 투입하여 용융 압출 및 냉각, 와인딩 후 필라멘트를 300M(1 롤) 규격으로 권취 하여 제조되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션용 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하는 필라멘트 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피부 조직용 필라멘트를 제조하는 과정에서 사용되는 압출기의 용융 온도는 190 내지 220℃ 조건에서 용융 후 압출되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션용 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하는 필라멘트 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    뼈를 출력할 수 있는 필라멘트를 제조하는 과정에서 사용되는 압출기의 용융온도는 190 내지 215℃ 조건에서 용융 후 압출되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션용 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하는 필라멘트 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    뼈를 출력할 수 있는 필라멘트를 제조하는 과정에서 뼈의 비중이 1.17이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 1중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 59 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.21이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 2 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 58 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.28이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 3 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 57 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.30이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 4 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 56 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.35가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 5 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 55 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.42가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 6 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 54 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.45가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 7 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 53 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.53이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 8 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 52 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.55가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 9 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 51 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.59가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 10 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 50 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.64가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 11 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 49 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.70이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 12 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 48 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.77이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 13 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 47 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.78이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 14 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 46 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.81이 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 15 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 45 중량%로 배합되며, 뼈의 비중이 1.89가 되도록 제조할 때는 황산바륨(MBaSO4) 16 중량%, PBAT 수지 40중량%와, PLA 수지 44 중량%로 배합되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션용 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하는 필라멘트 제조방법.
  5. 제1항 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션용 인체 모형을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 하는 필라멘트.
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